高中物理 15.3 狹義相對(duì)論的其他結(jié)論 15.4 廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介 新人教選修34

..........一、對(duì)質(zhì)能方程的理解.1.運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)能：Ek=E-E0，Ek是物體的動(dòng)能，E=mc2是物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量，E0=m0c2是物體靜止時(shí)的能量.在vc時(shí)，這就是我們過(guò)去熟悉的動(dòng)能表達(dá)式，這也能讓我們看出，牛頓力學(xué)是相對(duì)論力學(xué)在低速情況下的特例.推導(dǎo)如下：Ek=E-E0=mc2-m0c2，將動(dòng)態(tài)質(zhì)量代入上式整理得：..2.如果質(zhì)量發(fā)生了變化，其能量也相應(yīng)發(fā)生變化ΔE=Δmc2，這個(gè)方程常應(yīng)用在核能的開(kāi)發(fā)和利用上.如果系統(tǒng)的質(zhì)量虧損為Δm，就意味著有ΔE的能量釋放..物體的動(dòng)能增加時(shí)，物體對(duì)應(yīng)的質(zhì)量也增大，此時(shí)可以根據(jù)Δm=求出物體增加的質(zhì)量..【典例1】(2011·青島高二檢測(cè))一個(gè)原來(lái)靜止的電子，經(jīng)過(guò)100V的電壓加速后它的動(dòng)能是多少？質(zhì)量改變了百分之幾？速度是多少？此時(shí)還能否使用經(jīng)典的動(dòng)能公式？(m0=9.1×10-31kg)【解題指導(dǎo)】(1)如果質(zhì)量發(fā)生明顯變化，經(jīng)典動(dòng)能公式就不成立了.(2)如果質(zhì)量變化可忽略，則仍可使用經(jīng)典動(dòng)能公式..【標(biāo)準(zhǔn)解答】由動(dòng)能定理：Ek=eU=1.6×10-19×100J=1.6×10-17J.根據(jù)質(zhì)能方程：ΔE=Δmc2，得Δm=質(zhì)量的改變量是原來(lái)的：加速后的速度為上述計(jì)算表明，加速后的電子還屬于低速的，可以使用經(jīng)典的動(dòng)能公式.答案：1.6×10-17J0.02%5.9×106m/s可以使用經(jīng)典動(dòng)能公式.【規(guī)律方法】相對(duì)論的質(zhì)速關(guān)系由相對(duì)論的質(zhì)速關(guān)系知，物體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m大于靜止時(shí)的質(zhì)量m0，且v越大，m與m0相差越大.微觀粒子的運(yùn)動(dòng)速度很高，它的質(zhì)量明顯大于靜止質(zhì)量，在粒子加速問(wèn)題中注意考慮這一問(wèn)題..【變式訓(xùn)練】下列關(guān)于愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程的說(shuō)法中，正確的是()A.只有運(yùn)動(dòng)物體才具有能量，靜止物體沒(méi)有質(zhì)能B.一定的質(zhì)量總是和一定的能量相對(duì)應(yīng)C.E=mc2中能量E其實(shí)就是物體的內(nèi)能D.由ΔE＝Δmc2知質(zhì)量與能量可以相互轉(zhuǎn)化.【解析】選B.物體具有的質(zhì)量與質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量稱為質(zhì)能，E=mc2表明質(zhì)量與能量之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，物體吸收或放出能量，則對(duì)應(yīng)的質(zhì)量會(huì)增加或減少，質(zhì)量與能量并沒(méi)有相互轉(zhuǎn)化.故選項(xiàng)D錯(cuò)誤，B正確；靜止的物體也具有能量，稱為靜質(zhì)能E0，E0=m0c2，m0叫做靜質(zhì)量；E=mc2中能量E包括靜質(zhì)能E0和動(dòng)能Ek，而非物體的內(nèi)能，故選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤..【變式備選】星際火箭以0.8c的速度飛行，其運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量為靜止時(shí)的多少倍？【解析】設(shè)星際火箭的靜止質(zhì)量為m0，其運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量所以，答案：.二、廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論.1.光線在引力場(chǎng)中彎曲根據(jù)廣義相對(duì)論,物質(zhì)的引力會(huì)使光線彎曲,引力場(chǎng)越強(qiáng),彎曲越厲害.通常物體的引力場(chǎng)都太弱,但太陽(yáng)引力場(chǎng)卻能引起光線比較明顯的彎曲.2.引力紅移按照廣義相對(duì)論,引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別.例如,在強(qiáng)引力的星球附近,時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢,因此光振動(dòng)會(huì)變慢,相應(yīng)的光的波長(zhǎng)變長(zhǎng)、頻率變小,光譜線會(huì)發(fā)生向紅光一端移動(dòng)的現(xiàn)象.光譜線的這種移動(dòng)是在引力作用下發(fā)生的,所以叫“引力紅移”..3.水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)天文觀測(cè)顯示,行星的軌道并不是嚴(yán)格閉合的,它們的近日點(diǎn)(或遠(yuǎn)日點(diǎn))有進(jìn)動(dòng)(行星繞太陽(yáng)一周后,橢圓軌道的長(zhǎng)軸也隨之有一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),叫做“進(jìn)動(dòng)”),這個(gè)效應(yīng)以離太陽(yáng)最近的水星最為顯著，這與牛頓力學(xué)理論的計(jì)算結(jié)果有較大的偏差，而愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果十分接近.廣義相對(duì)論所作出的以上預(yù)言全部被實(shí)驗(yàn)觀測(cè)所證實(shí).還有其他一些事實(shí)也支持廣義相對(duì)論.目前,廣義相對(duì)論已經(jīng)在宇宙結(jié)構(gòu)、宇宙演化等方面發(fā)揮了主要作用..(1)光線在引力場(chǎng)中彎曲，以及引力紅移現(xiàn)象都是在引力場(chǎng)很強(qiáng)的情況下產(chǎn)生的效應(yīng).(2)光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播的現(xiàn)象在我們的日常生活中仍然成立..【典例2】在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，通過(guò)儀器可以觀察到太陽(yáng)后面的恒星，這說(shuō)明星體發(fā)出的光()A.經(jīng)太陽(yáng)時(shí)發(fā)生了衍射B.可以穿透太陽(yáng)及其他障礙物C.在太陽(yáng)引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲D.經(jīng)過(guò)太陽(yáng)外的大氣層時(shí)發(fā)生了折射【解題指導(dǎo)】依據(jù)廣義相對(duì)論中的引力場(chǎng)中的光線彎曲考慮..【標(biāo)準(zhǔn)解答】選C.根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論可知，光線在太陽(yáng)引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲，所以可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候(如日全食時(shí))通過(guò)儀器觀察到太陽(yáng)后面的恒星，故C正確，A、B、D均錯(cuò)..【變式訓(xùn)練】以下說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是()A.矮星表面的引力很強(qiáng)B.時(shí)鐘在引力場(chǎng)弱的地方比在引力場(chǎng)強(qiáng)的地方走得快些C.在引力場(chǎng)越弱的地方，物體長(zhǎng)度越長(zhǎng)D.在引力場(chǎng)強(qiáng)的地方，光譜線向綠端偏移【解析】選C、D.因矮星體積很小，質(zhì)量卻不小，所以矮星表面引力很強(qiáng)，故選項(xiàng)A正確；根據(jù)廣義相對(duì)論的結(jié)論可知，引力場(chǎng)越強(qiáng)，時(shí)間進(jìn)程越慢，故選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤；在引力場(chǎng)強(qiáng)的地方光譜線向紅端偏移稱為引力紅移，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤..【典例】(2011·臨沂高二檢測(cè))地球上一觀察者，看見(jiàn)一飛船A以速度2.5×108m/s從他身邊飛過(guò)，另一飛船B以速度2.0×108m/s跟隨A飛行.求：(1)A上的乘客看到B的速度是多少？(2)B上的乘客看到A的速度是多少？.【標(biāo)準(zhǔn)解答】(1)A上的乘客看到地面上的人的速度u′=-2.5×108m/s，B相當(dāng)于地面的速度為v=2.0×108m/s.則A上的乘客看到B的速度為(2)同理B上的乘客看到A的速度為1.125×108m/s.答案：(1)-1.125×108m/s(2)1.125×108m/s

.一、選擇題1.關(guān)于物體的質(zhì)量，下列說(shuō)法正確的是()A.在牛頓力學(xué)中，物體的質(zhì)量是保持不變的B.在牛頓力學(xué)中，物體的質(zhì)量隨物體的速度變化而變化C.在相對(duì)論力學(xué)中，物體靜止時(shí)的質(zhì)量最小D.在相對(duì)論力學(xué)中，物體的質(zhì)量隨物體速度的增大而增大.【解析】選A、C、D.在牛頓力學(xué)中，物體的質(zhì)量是保持不變的，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；在相對(duì)論力學(xué)中，由于物體的速度v不可能達(dá)到光速c，所以v＜c，1-()2＜1，根據(jù)可判斷選項(xiàng)C、D均正確..2.一個(gè)物體靜止時(shí)質(zhì)量為m0，能量為E0，速度為v時(shí)，質(zhì)量為m，能量為E，動(dòng)能為Ek，下列說(shuō)法正確的是()A.物體速度為v時(shí)能量E=mc2B.物體速度為v時(shí)動(dòng)能Ek=mc2C.物體速度為v時(shí)的動(dòng)能Ek=mv2D.物體速度為v時(shí)的動(dòng)能Ek=(m-m0)c2.【解析】選A、D.物體具有的質(zhì)量與質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量稱為質(zhì)能，E=mc2表明質(zhì)量與能量之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，物體吸收或放出能量，則對(duì)應(yīng)的質(zhì)量會(huì)增加或減少，故選項(xiàng)A、D正確，B、C錯(cuò)誤..3.(2011·大同高二檢測(cè))設(shè)想有一艘飛船以v=0.8c的速度在地球上空飛行，如果這時(shí)從飛船上沿其運(yùn)動(dòng)方向拋出一物體，該物體相對(duì)于飛船的速度為0.9c，從地面上的人看來(lái)，物體的速度為()A.1.7cB.0.1cC.0.99cD.無(wú)法確定【解析】選C.根據(jù)相對(duì)論速度變換公式：得故選項(xiàng)C正確..4.下列說(shuō)法中正確的是()A.萬(wàn)有引力可以用狹義相對(duì)論做出正確的解釋B.電磁力可以用狹義相對(duì)論做出正確的解釋C.狹義相對(duì)論是慣性參考系之間的理論D.萬(wàn)有引力理論無(wú)法納入狹義相對(duì)論的框架【解析】選B、C、D.狹義相對(duì)論理論認(rèn)為電磁相互作用的傳播速度c是自然界中速度的極限，而星球的運(yùn)動(dòng)不能夠超過(guò)光速影響到遠(yuǎn)處的另一個(gè)星球，所以萬(wàn)有引力理論無(wú)法納入狹義相對(duì)論，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B、D正確；狹義相對(duì)論是慣性參考系之間的理論，故選項(xiàng)C正確..【方法技巧】如何選擇非慣性系為參考系解題1.由廣義相對(duì)性原理：在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的.這意味著慣性系中的運(yùn)動(dòng)定律，在非慣性系中都是相同的，但要滿足相對(duì)性原理.2.由相對(duì)性的等效原理：一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià).這意味著一個(gè)非慣性系可以看做一個(gè)慣性系，只不過(guò)是它的后面有一個(gè)均勻的引力場(chǎng)，這樣選非慣性系作為參考系解題，可以使用我們學(xué)過(guò)的運(yùn)動(dòng)定律，但在分析受力時(shí)應(yīng)分析慣性力(即引力)的作用..5.下列說(shuō)法中正確的是()A.物體的引力使光線彎曲B.光線彎曲的原因是介質(zhì)不均勻而非引力作用C.在強(qiáng)引力的星球附近，時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢D.廣義相對(duì)論可以解釋引力紅移現(xiàn)象【解析】選A、C、D.根據(jù)廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論可知，選項(xiàng)A、C、D正確，B錯(cuò)誤..6.下列說(shuō)法中正確的是()A.在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的,這就是廣義相對(duì)性原理B.在不同的參考系中，物理規(guī)律都是不同的，例如牛頓定律僅適用于慣性參考系C.一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)，這就是著名的等效原理D.一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)，這就是著名的等效原理.【解析】選A、D.根據(jù)廣義相對(duì)性原理和等效原理可知，選項(xiàng)A、D正確，C錯(cuò)誤；根據(jù)狹義相對(duì)論兩個(gè)基本假設(shè)可知，選項(xiàng)B錯(cuò)誤..二、非選擇題7.有人說(shuō)物體燃燒釋放出的能量就是靜質(zhì)能(m0c2).又有人說(shuō)核反應(yīng)釋放出的能量就等于靜質(zhì)能(m0c2)，你說(shuō)對(duì)嗎？【解析】1kg汽油所包含的靜質(zhì)能是9×1016J,而1kg汽油的燃燒值為4.6×107J，這只是靜質(zhì)能的二十億分之一，而核能約占它總靜質(zhì)能的8.5%，因而物體燃燒、核反應(yīng)釋放出的能量都只是靜質(zhì)能中極小的一部分.答案：不對(duì).8.(2011·濰坊高二檢測(cè))一勻質(zhì)矩形薄板，在它靜止時(shí)測(cè)得其長(zhǎng)度為a，寬為b，質(zhì)量為m0，由此可算得其面積密度為假定該薄板沿長(zhǎng)度方向以接近光速的速度v做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)再測(cè)算該矩形薄板的面積密度為多少？.【解析】由相對(duì)論長(zhǎng)度公式a′=答案：.Thankyou!..9、靜夜四無(wú)鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹(shù)，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:51PM11、以我獨(dú)沈久，愧君相見(jiàn)頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見(jiàn)翻疑夢(mèng)，相悲各問(wèn)年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國(guó)見(jiàn)青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動(dòng)出成果，工作出財(cái)富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時(shí)，你只能或者最好沿著以腳為起點(diǎn)的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒(méi)有失敗，只有暫時(shí)停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒(méi)有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:51PM11、成功就是日復(fù)一日那一點(diǎn)點(diǎn)小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對(duì)圓滿，留一份不足，可得無(wú)限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅(jiān)強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、楚塞三湘接，荊門(mén)九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時(shí)，步行奪得胡馬騎。。2023/2/32023/2/303February202317、空山新雨后，天氣晚來(lái)秋。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、楊柳散和風(fēng)，青山澹吾慮。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、閱讀一切好書(shū)如同和過(guò)去最杰出的人談話。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:51PM11、越是沒(méi)有本領(lǐng)的就越